某体育场钢结构工程深化设计方案

钢结构深化设计方案第一节 钢结构深化设计一 概述体育场钢结构工程为单层折面空间网格结构，由20个形状相近的结构单元双轴对称构成，平面形状为椭圆形，平面尺寸285m×270m，屋盖悬挑长度51.968.4m。钢屋盖呈马鞍形，由外圈和内圈组成，最高点高度为44.1m，外圈高差为12m，内圈高差为8.6m。主杆件为铸钢圆管和焊接钢管，直径范围为7001400mm，壁厚为12140mm（未包括铸钢节点）；次杆件为焊接箱形截面杆件；节点采用焊接节点和铸钢节点两种形式。二 深化组织机构1 钢结构深化设计组织框架图组织31位参加过类似工程的技术人员进行体育场钢结构深化设计，组织框架如下图：2 深化设计人员岗位责任（1）深化设计组长：负责整个项目深化设计的协调与管理；（2）专家顾问组：负责重大技术问题的解决和把关；（3）计算分析组：负责结构优化及节点分析与计算，预拼装及吊装方案设计与计算等；（4）施工详图设计、审核组：负责施工详图的设计，由审核工程师负责对图纸审核；（5）工厂、现场配合组：负责工厂加工及现场安装等有关图纸协调、服务；（6）软件开发组：针对工程结构特点开发一些辅助钢结构工程详图设计的程序。三 深化设计管理程序及质量、工期的保证措施1 深化设计管理程序2 深化设计质量的保证措施加强设计过程质量控制, 始终贯彻“预防为主，防检结合”的深化设计原则,落实各级岗位责任制和三级审核制。（1）整个工程全部采用计算机三维实体模拟建模，应用专业软件自动生成深化设计细部图纸和相关尺寸数据；（2）重点与设计院、加工厂、安装单位协调沟通，充分了解掌握加工厂和安装单位的需求，使设计成果与具体需求吻合，将设计、加工、安装问题发现和解决在初期阶段，少走深化设计弯路；（3）做好深化设计应急预案，妥善解决各种突发情况；（4）制定严格、科学的设计思路和实施方案；（5）将各岗位人员全部纳入全面质量管理体制活动中并处于受控状态，按岗位责任制的规定，围绕质量开展深化设计。（6）深化设计图纸采用自审、互审、专业审核的三级审核制，项目设计人负责自审，项目设计人之间互审，由专家顾问组对钢结构深化过程出现的重大问题进行讨论把关；审核内容：原设计图及变更资料、计算模型及计算书、深化设计三维模型、深化施工图纸等，包括如下细部： a、结构及节点计算模型、计算书；b、轴线及标高尺寸；c、型材及板材规格尺寸；d、材质；e、连接节点的正确性及合理性；f、螺栓规格尺寸及孔位；g、焊缝的正确、合理性；h、视图对应关系及表达的完整性；i、与原设计的一一对应关系；j、设计变更资料的处理；k、图面排布和整套图纸的完整性。3 深化设计工期的保证措施（1）为保证工期，安排主要设计人员对图纸进行研究，并做好人员筹备安排，为正式深化设计作准备。一旦接到中标通知书，马上进入深化设计状态。利用订立承包合同前的时间段，完成线模型、节点初步选型及验算、重难点攻克及对原设计图的深入透彻理解，准备好设计技术交底资料等。（2）根据加工安装的顺序，分阶段进行图纸深化设计和提交设计图纸，具体分为备料图及材料清单的提供、预埋件的深化设计、主体钢结构深化设计、辅助钢结构深化设计四个阶段。每一阶段图纸完成后及时提交施工详图到安装、设计单位进行确认，审核后及时反馈审核意见，根据审核意见修改调整后发图施工。（3）由长期配合的人员组成深化设计项目部，缩短准备和相互磨合的时间，安排数量充足的深化设计人员，根据每个设计人员的专业特长，合理分工，人尽其才；（4）同时建立多个模块、各类人员交叉作业；（5）密切关注工程进展动态，及时调整深化设计人员的分工与数量，确保整个工程的顺利进行；（6）加强与设计院和加工厂的协调沟通，在深化设计初期阶段及早发现和解决问题，充分了解、掌握加工厂和安装单位的需求，使设计成果与需求吻合，少走深化设计弯路；（7）派驻加工厂和施工现场提供技术服务，做好各方面的沟通协调工作，及时准确地了解原设计、施工现场的设计变化，及时反应到深化设计成果中；（8）做好深化设计应急预案，妥善解决各种突发情况。（9）制定严格、科学的设计思路和实施方案，作好深化设计总体部署。4 深化设计周期安排本工程钢结构深化设计图纸量约为300张A2图，每批图纸的深化设计周期约为40天。深化设计周期安排序号深化设计阶段日历天备注1深化设计项目部组建/合同订立前进行2继续熟悉图纸、提出疑问/合同订立前进行3重难点攻克、确定深化方案/合同订立前进行4节点初步选型及验算/合同订立前进行5结构单线建模/合同订立前进行6由原设计及招标人交底2合同签订后第二天7交底后进行调整2/8计算机实体建模5/9节点构造设计及计算、建模11交叉进行10生成深化设计图12交叉进行11三校、三审8交叉进行12分批送原设计审核/合同订立后30天起13深化设计周期40/四 深化设计应用软件1 AutoCAD绘图软件AutoCAD是现在较为流行、使用很广的计算机辅助设计和图形处理软件。在CAD绘图软件的平台上，根据多年从事钢结构行业设计、施工经验自行开发了一系列详图设计辅助软件，能够自动拉伸各种杆件截面，进行结构的整体建模；构件设计自动标注尺寸、列出详细的材料表格；节点设计能够自动标注焊接形式、螺栓连接形式、统计出各零件尺寸及重量等。体育场钢结构球型支座及铸钢节点深化设计比较复杂，采用灵活性能比较好的CAD绘图软件进行详图设计。 CAD工作环境 开发的辅助软件2 Xsteel绘图软件Tekla Structures（Xsteel）软件属于建筑信息模型（BIM），它将原设计、深化设计的过程按平行模式进行了流程化处理，很大程度上提高了深化设计效率并降低了错误率。Xsteel软件大致可归为以下四类功能：（1）结构三维实体模型的建立与编辑；（2）各种节点三维实体模型的连接与装配；（3）构件、零件的编号与加工详图的绘制；（4）用钢量统计；Xsteel 工作环境3 Sap2000计算分析软件结构整体计算选用了美国Computers And Structures公司研制开发的大型有限元程序SAP2000。计算模型采用空间三维实尺模型；网格的钢构件选用三个节点，六个自由度的frame单元，该单元可以考虑拉（压）、弯、剪、扭四种内力的共同作用。拉索采用索单元(仅受拉，不受压和不受弯)模拟，胎架则采用仅受压、不受拉的frame单元模拟。拉索和网架之间的撑杆采用拉压二力杆单元。为了更能准确模拟拉索张拉，考虑了结构的大变形和应力刚化的影响。计算表明，这样模拟具有很高的精度。Sap2000 工作环境4 Ansys节点有限元分析软件体育场钢结构工程的典型节点设计采用ANSYS有限元计算软件进行分析，建立计算模型时，考虑到实体模型直接由AUTOCAD导入，计算采用适合于复杂模型自由划分网格的单元，每个结点三个自由度，即X、Y、Z方向的位移，如图所示。单元具有塑性、大变形、应力强化等性质。10结点SOLID92 材料的应力应变曲线计算中考虑材料非线性。构件材料大多Q345B、Q390-B、Q390GJ-C、LX420、GS-20Mn5V钢，屈服准则为适合金属材料的Mises及其相应流动准则，定义材料为双线性等效强化，根据钢材强屈比和延长率的规范规定，确定钢材强化阶段的切线模量EC为弹性模量的1/100，比采用理性弹塑性模型更接近于实际。钢材料的应力-应变关系如上图所示。Ansys工作环境次杆件节点分析示意图5 solidworks软件SolidWorks是Window原创的三维设计软件。其易用和友好的界面，能够应用在整个产品设计的工作中，SolidWorks完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在SolidWorks装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。无论设计用"自顶而下"方法还是"自底而上"的方法进行装配设计，SolidWorks都将大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。体育场钢结构工程的典型节点如下：solidworks工作环境示意图五 深化设计依据与原则1 设计依据业主提供的招标文件及相关技术资料；设计单位提供的原设计图及相关技术文件、招标及答疑文件；体育场钢结构工程除满足以上所列规范和规程外，尚应按国家相应的设计和施工现行标准、规范和规程执行。2 计算设计总则2.1 节点设计的原则（1）设计文件无明确要求时，所有节点按等强连接设计；（2）节点设计要尽可能响应原设计，如发现原设计确需改进，则提出合理化建议，由原设计审核确认后，方可按合理化建议的节点形式设计；（3）设计过程中有义务对原设计进行合理优化；（4）所有节点的设计，除满足强度要求外，尚应考虑结构简洁、传力清晰以及现场安装的可操作性；（5）材料长度不够引起的对接焊缝，其拼接位置应满足钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）的要求；3 主杆件分段原测1） 由于受运输条件的限制，分节长度不大于18000mm；2） 每根主杆件附带米字形节点或次杆件牛腿，牛腿长度不小于300mm,，同时相邻两牛腿间间距不小于300mm；典型节点效果图节点详图主次杆件连接节点一说明：A不小于300主次杆件连接节点二说明：B根据现场安装要求自行调整，（具体形式参见结构图S8-A09D-D剖面图）3） 便于施工现场地面和空中的组装和焊接；4） 除结构图注明外，单节接长长度不小于2500mm,5） 现场拼接处设置临时安装耳板和连接板；6） 暂不考虑后装区域构件的分段；7） 分节位置不能选择在主杆件的变截面处；（铸钢节点除外）3.2 马道构件的分段原则分段方法：马道所有杆件和小件在加工厂拼装和焊接，分段长度根据运输条件尽量分长，分段点在同一单元格内，上下悬的分段点错开，立面两根斜腹杆和平面一根斜腹杆为现场焊接，附图示如下:分段编号布置图说明编号单重数量编号单重数量1-a2.70t21-b2.72t24 临时耳板和吊耳板及连接板的设置原则4.1 铸钢节点区域采用耳板和耳板相组合为吊耳板，便于制作和安装焊接，不再另做吊耳，相对应的主杆件起端耳板可参照附图执行，耳板到端口的距离根据壁厚和坡口做相应调整，同时考虑对接口处坡口间隙，连接板的长度也做相应调整，见附图和说明；4.2 主杆件接口所有主杆件连接，原则上按照常规的连接方式，由深化单位自行设计，安装单位不做具体要求，可参照附图执行，耳板到端口的距离根据壁厚和坡口做相应调整，连接板的长度也做相应调整，见附图和说明；4.3 特殊主杆件接口根据现场安装施工需要，肩峰与肩骨间主杆件同肩峰铸钢节点在现场组合成”八”字形后高空安装，吊耳在安装过程中受力增加，该部分主杆件吊耳根据深化重量调整加大；4.4 主次杆件和小次杆件每端设置一个单吊耳，考虑到安装单元内局部构件组合后高空安装，耳板和连接板位置和尺寸可参照附图执行，深化单位深化后可根据单元内构件重量进行优化。4.5 节点计算取值及方法4.5.1 节点计算材料强度的设计取值：（1）板材的强度设